KR102151775B1

KR102151775B1 - Apparatus for detecting laser based fluorescence

Info

Publication number: KR102151775B1
Application number: KR1020180081232A
Authority: KR
Inventors: 배성철; 박성욱; 김사라; 손원학; 이성호
Original assignee: 울산과학기술원
Priority date: 2018-07-12
Filing date: 2018-07-12
Publication date: 2020-09-03
Also published as: KR20200007297A

Abstract

본 발명은 레이저 기반 형광 검출 장치에 관한 것이다. 상기 레이저 기반 형광 검출 장치는 레이저광을 발생시키는 레이저 다이오드; 상기 발생된 레이저광을 일측으로 입력받고, 광얼라이먼트에 기반하여 상기 입력받은 레이저광을 원형으로 형성하며, 상기 원형의 레이저광을 타측으로 출력하는 광섬유 커플러; 상기 출력된 레이저광을 표적물질에 조사하는 여기광 광학모듈; 및 상기 레이저광에 의해 상기 표적물질로부터 발생된 형광을 검출하는 검출광 광학모듈; 을 포함할 수 있다.The present invention relates to a laser-based fluorescence detection device. The laser-based fluorescence detection device includes: a laser diode generating laser light; An optical fiber coupler receiving the generated laser light to one side, forming the input laser light into a circle based on optical alignment, and outputting the circular laser light to the other side; An excitation light optical module for irradiating the output laser light onto a target material; And a detection light optical module for detecting fluorescence generated from the target material by the laser light. It may include.

Description

Device for detecting laser-based fluorescence {APPARATUS FOR DETECTING LASER BASED FLUORESCENCE}

본 발명은 레이저 기반 형광을 검출하기 위한 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 레이저광을 이용하여 표적물질로부터 발생된 형광을 검출하기 위한 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for detecting laser-based fluorescence, and more particularly, to an apparatus for detecting fluorescence generated from a target material using laser light.

현재 표적물질로부터 발생된 형광을 검출하는 방법으로는 레이저 기반 형광 검출법이 대표적으로 이용되고 있다. 레이저 기반 형광 검출법은 광원으로 레이저를 사용하여 표적물질을 여기 상태(excited state)로 만들고, 표적물질이 다시 바닥 상태(ground state)로 이동되면서 나오는 형광의 세기를 측정하는 것이다. 즉, 레이저 광원을 사용하여 표적물질에 적합한 파장대의 레이저광만을 조사하여 형광의 발광을 유도한다. 이에, 효과적인 레이저 기반 형광 검출 기술을 개발할 필요가 있으나, 아직까지 이에 대한 연구 결과는 미흡한 실정이다.Currently, a laser-based fluorescence detection method is typically used as a method of detecting fluorescence generated from a target material. The laser-based fluorescence detection method uses a laser as a light source to put a target material into an excited state, and measures the intensity of fluorescence emitted as the target material moves back to the ground state. That is, by using a laser light source, only laser light in a wavelength range suitable for the target material is irradiated to induce fluorescence emission. Accordingly, there is a need to develop an effective laser-based fluorescence detection technology, but the research results on this are still insufficient.

[특허문헌 1] 한국등록특허 제10-1799518호[Patent Document 1] Korean Patent Registration No. 10-1799518

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 레이저광을 이용하여 표적물질로부터 발생된 형광을 검출하기 위한 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention has been created to solve the above-described problem, and an object of the present invention is to provide an apparatus for detecting fluorescence generated from a target material using laser light.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the objects mentioned above, and other objects not mentioned will be clearly understood from the following description.

상기한 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 기반 형광 검출 장치는 레이저광을 발생시키는 레이저 다이오드; 상기 발생된 레이저광을 일측으로 입력받고, 광얼라이먼트에 기반하여 상기 입력받은 레이저광을 원형으로 형성하며, 상기 원형의 레이저광을 타측으로 출력하는 광섬유 커플러; 상기 출력된 레이저광을 표적물질에 조사하는 상기 여기광 광학모듈; 및 상기 조사된 레이저광에 의해 상기 표적물질로부터 발생된 형광 신호를 검출하는 검출광 광학모듈;을 포함할 수 있다.In order to achieve the above objects, a laser-based fluorescence detection apparatus according to an embodiment of the present invention includes: a laser diode generating laser light; An optical fiber coupler that receives the generated laser light to one side, forms the input laser light into a circle based on optical alignment, and outputs the circular laser light to the other side; The excitation light optical module irradiating the output laser light onto a target material; And a detection optical module for detecting a fluorescence signal generated from the target material by the irradiated laser light.

일 실시예에서, 상기 광섬유 커플러는, 상기 광섬유 커플러에 포함된 3축 조정나사를 조절하여 상기 입력받은 레이저광을 원형으로 형성할 수 있다.In one embodiment, the optical fiber coupler may form the received laser light in a circular shape by adjusting a three-axis adjustment screw included in the optical fiber coupler.

일 실시예에서, 상기 3축 조정나사의 조절에 따라, 상기 광섬유 커플러에 전달되는 상기 발생된 레이저광의 입사각이 조절될 수 있다.In one embodiment, the incident angle of the generated laser light transmitted to the optical fiber coupler may be adjusted according to the adjustment of the three-axis adjusting screw.

일 실시예에서, 상기 원형의 레이저광은, 상기 레이저 다이오드와 상기 광섬유 커플러 간 거리에 기반하여 형성될 수 있다.In one embodiment, the circular laser light may be formed based on a distance between the laser diode and the optical fiber coupler.

일 실시예에서, 레이저 기반 형광 검출 장치는 전원을 공급하는 전원공급모듈; 및 상기 전원을 상기 레이저 다이오드에게 전달하는 레이저 드라이버;를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, the laser-based fluorescence detection device includes a power supply module for supplying power; And a laser driver for transmitting the power to the laser diode.

일 실시예에서, 상기 검출광 광학모듈은, 조리개 및 광필터를 포함할 수 있다.In one embodiment, the detection light optical module may include a stop and an optical filter.

일 실시예에서, 상기 여기광 광학모듈과 상기 검출광 광학모듈은 이격되어 배치되고, 상기 여기광 광학모듈의 광축과 상기 검출광 광학모듈의 광축은 평행하게 배열될 수 있다.In one embodiment, the excitation optical module and the detection optical module are arranged to be spaced apart, and the optical axis of the excitation optical module and the optical axis of the detection optical module may be arranged in parallel.

일 실시예에서, 레이저 기반 형광 검출 장치는 상기 레이저 기반 형광 검출 장치에 전원을 공급하는 전원공급모듈;을 더 포함하고, 상기 레이저 다이오드와 전원공급모듈은, 제1 하우징에 수용되고, 상기 여기광 광학모듈과 검출광 광학모듈은, 제2 하우징에 수용될 수 있다.In one embodiment, the laser-based fluorescence detection device further includes a power supply module for supplying power to the laser-based fluorescence detection device, wherein the laser diode and the power supply module are accommodated in the first housing, and the excitation light The optical module and the detection light optical module may be accommodated in the second housing.

일 실시예에서, 레이저 기반 형광 검출 장치는 상기 제1 하우징과 제2 하우징을 연결하는 광학장치 커넥터;를 더 포함하고, 상기 광학장치 커넥터는, 상기 전원 및 형광 신호를 전달할 수 있다. In an embodiment, the laser-based fluorescence detection device further includes an optical device connector connecting the first housing and the second housing, and the optical device connector may transmit the power and the fluorescence signal.

상기한 목적들을 달성하기 위한 구체적인 사항들은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술될 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.Specific matters for achieving the above objects will become apparent with reference to embodiments to be described later in detail together with the accompanying drawings.

그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구성될 수 있으며, 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자(이하, "통상의 기술자")에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해서 제공되는 것이다.However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be configured in various different forms, so that the disclosure of the present invention is complete and those of ordinary skill in the technical field to which the present invention pertains ( Hereinafter, it is provided in order to completely inform the scope of the invention to the "common engineer").

본 발명의 일 실시예에 의하면, 광원으로 레이저 다이오드를 사용하여 광원 구매 비용을 절감하고, 광섬유 커플러의 광얼라이먼트에 따른 원형의 레이저광을 출력함으로써 광집적도 및 광밀도를 향상시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a laser diode is used as a light source to reduce the purchase cost of a light source, and by outputting a circular laser light according to optical alignment of an optical fiber coupler, it is possible to improve optical integration and optical density.

본 발명의 효과들은 상술된 효과들로 제한되지 않으며, 본 발명의 기술적 특징들에 의하여 기대되는 잠정적인 효과들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the above-described effects, and the potential effects expected by the technical features of the present invention will be clearly understood from the following description.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 기반 형광 검출 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 여기 및 발광 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전원/광원 장치의 기능적 구성을 도시한 도면이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 전원/광원 장치의 평면도를 도시한 도면이다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전원/광원 장치의 정면도를 도시한 도면이다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 커플러의 측면도를 도시한 도면이다.
도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 커플러의 사시도를 도시한 도면이다.
도 6a 및 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저광의 형태를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 여기광 광학모듈의 기능적 구성을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 검출광 광학모듈의 기능적 구성을 도시한 도면이다.
도 9a 내지 9c는 본 발명의 일 실시예에 따른 광필터 그래프를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 줌렌즈를 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 장치를 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 전원/광원 장치와 광학 장치 간 연동을 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 표적물질의 농도에 따른 형광 신호의 검출 그래프를 도시한 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 탐지 거리에 따른 형광 신호의 검출 그래프를 도시한 도면이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 탐지 거리에 따른 형광 신호의 광밀도 그래프를 도시한 도면이다.1 is a diagram illustrating a laser-based fluorescence detection apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram showing excitation and emission spectra according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram showing a functional configuration of a power/light source device according to an embodiment of the present invention.
4A is a diagram illustrating a plan view of a power/light source device according to an embodiment of the present invention.
4B is a diagram illustrating a front view of a power/light source device according to an embodiment of the present invention.
5A is a view showing a side view of an optical fiber coupler according to an embodiment of the present invention.
5B is a view showing a perspective view of an optical fiber coupler according to an embodiment of the present invention.
6A and 6B are views showing the form of laser light according to an embodiment of the present invention.
7 is a diagram showing a functional configuration of an excitation optical module according to an embodiment of the present invention.
8 is a diagram showing a functional configuration of a detection light optical module according to an embodiment of the present invention.
9A to 9C are diagrams illustrating optical filter graphs according to an embodiment of the present invention.
10 is a view showing a zoom lens according to an embodiment of the present invention.
11 is a view showing an optical device according to an embodiment of the present invention.
12 is a diagram illustrating interworking between a power/light source device and an optical device according to an embodiment of the present invention.
13 is a diagram illustrating a detection graph of a fluorescence signal according to a concentration of a target substance according to an embodiment of the present invention.
14 is a diagram illustrating a detection graph of a fluorescence signal according to a detection distance according to an embodiment of the present invention.
15 is a diagram illustrating an optical density graph of a fluorescent signal according to a detection distance according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고, 여러 가지 실시예들을 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세히 설명하고자 한다. In the present invention, various modifications may be made and various embodiments may be provided, and specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail.

청구범위에 개시된 발명의 다양한 특징들은 도면 및 상세한 설명을 고려하여 더 잘 이해될 수 있을 것이다. 명세서에 개시된 장치, 방법, 제법 및 다양한 실시예들은 예시를 위해서 제공되는 것이다. 개시된 구조 및 기능상의 특징들은 통상의 기술자로 하여금 다양한 실시예들을 구체적으로 실시할 수 있도록 하기 위한 것이고, 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다. 개시된 용어 및 문장들은 개시된 발명의 다양한 특징들을 이해하기 쉽게 설명하기 위한 것이고, 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다.The various features of the invention disclosed in the claims may be better understood in view of the drawings and detailed description. The apparatus, method, preparation method, and various embodiments disclosed in the specification are provided for illustration purposes. The disclosed structural and functional features are intended to enable a person skilled in the art to specifically implement various embodiments, and are not intended to limit the scope of the invention. The disclosed terms and sentences are intended to describe various features of the disclosed invention in an easy to understand manner, and are not intended to limit the scope of the invention.

본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of related known technologies may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저광을 이용하여 표적물질로부터 발생된 형광을 검출하기 위한 장치를 설명한다. Hereinafter, an apparatus for detecting fluorescence generated from a target material using laser light according to an embodiment of the present invention will be described.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 기반 형광 검출 장치(100)를 도시한 도면이다.1 is a view showing a laser-based fluorescence detection apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참고하면, 레이저 기반 형광 검출 장치(100)는 전원/광원 장치(110), 광학 장치(120), 로크인 증폭기(lock-in amplifier, LIA)(130), 오실로스코프(140), 멀티미터(150) 및 DAQ(data acquisition)(160)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, the laser-based fluorescence detection device 100 includes a power/light source device 110, an optical device 120, a lock-in amplifier (LIA) 130, an oscilloscope 140, and A meter 150 and a data acquisition (DAQ) 160 may be included.

전원/광원 장치(110)는 전원 공급 모듈을 통해 레이저 기반 형광 검출 장치(100)에 전원을 공급하고, 레이저 다이오드를 통해 연속 모드 또는 펄스 모드로 동작하여 레이저광을 출력할 수 있다. 여기서, 연속 모드는 레이저광이 시간에 따라 변하지 않고 일정하게 출력되는 모드를 의미할 수 있다. 펄스 모드는 전원/광원 장치(110)의 레이저 다이오드가 로크인 증폭기(130)와 동기화됨에 따라 레이저광이 온/오프(ON/OFF) 형태로 출력되는 모드를 의미할 수 있다. 일 실시예에서, 펄스 모드는 레이저광의 주파수가 로크인 증폭기(130)의 TTL(transistor-transistor logic) 주파수로 변조되는 모드를 의미할 수 있다.The power/light source device 110 may supply power to the laser-based fluorescence detection device 100 through a power supply module, and may output laser light by operating in a continuous mode or a pulse mode through a laser diode. Here, the continuous mode may mean a mode in which laser light is constantly output without changing over time. The pulse mode may mean a mode in which laser light is output in an ON/OFF form as the laser diode of the power/light source device 110 is synchronized with the lock-in amplifier 130. In one embodiment, the pulse mode may mean a mode in which the frequency of the laser light is modulated by the TTL (transistor-transistor logic) frequency of the lock-in amplifier 130.

광학 장치(120)는 전원/광원 장치(110)로부터 레이저광을 전달받아 표적물질에 여기광을 조사하고, 여기광에 의하여 표적물질로부터 발생되는 검출광을 검출할 수 있다. 일 실시예에서, 여기광은 레이저광을 의미할 수 있다. 이 경우, 도 2를 참고하면, 여기광과 검출광의 파장은 표적물질의 여기 및 형광 특성(예: 파장)에 따라 설정될 수 있다. 예를 들어, 여기광은 표적물질이 강하게 여기되는 파장 영역으로 설정되고, 검출광은 여기광에 의해 표적물질이 발생시키는 형광의 파장 영역으로 설정될 수 있다. The optical device 120 may receive laser light from the power/light source device 110, irradiate excitation light onto a target material, and detect detection light generated from the target material by the excitation light. In one embodiment, the excitation light may mean laser light. In this case, referring to FIG. 2, wavelengths of excitation light and detection light may be set according to excitation and fluorescence characteristics (eg, wavelength) of the target material. For example, the excitation light may be set to a wavelength region in which the target material is strongly excited, and the detection light may be set to a wavelength region of fluorescence generated by the target material by the excitation light.

전원/광원 장치(110)의 레이저 다이오드가 펄스 모드로 동작하는 경우, 로크인 증폭기(130)는 레이저 다이오드와 동기화되어, 검출 신호로부터 형광 신호를 정류하여 증폭할 수 있다. 즉, 로크인 증폭기(130)는 주변광으로 인한 노이즈를 차단할 수 있다. When the laser diode of the power/light source device 110 operates in a pulse mode, the lock-in amplifier 130 may be synchronized with the laser diode to rectify and amplify the fluorescent signal from the detection signal. That is, the lock-in amplifier 130 may block noise due to ambient light.

전원/광원 장치(110)의 레이저 다이오드가 연속 모드로 동작하는 경우, 오실로스코프(140)는 검출 신호의 전압 및 전류의 파형을 측정할 수 있다. 전원/광원 장치(110)의 레이저 다이오드가 연속 모드로 동작하는 경우, 멀티미터(150)는 광학 장치(120)에서 측정된 검출 신호의 전압 및 전류 값을 측정할 수 있다. 전원/광원 장치(110)의 레이저 다이오드가 연속 모드로 동작하는 경우, DAQ(160)는 검출 신호(예: 아날로그로 출력되는 전압값)를 외부 전자 장치(예: 컴퓨터)와 연동하여 출력할 수 있다.When the laser diode of the power/light source device 110 operates in a continuous mode, the oscilloscope 140 may measure the voltage and current waveforms of the detection signal. When the laser diode of the power/light source device 110 operates in a continuous mode, the multimeter 150 may measure voltage and current values of the detection signal measured by the optical device 120. When the laser diode of the power/light source device 110 operates in a continuous mode, the DAQ 160 can output a detection signal (eg, a voltage value output in analog) in conjunction with an external electronic device (eg, a computer). have.

본 발명의 다양한 실시 예들에서 레이저 기반 형광 검출 장치(100)는 도 1에 도시된 구성들이 필수적인 것은 아니어서, 도 1에 도시된 구성들보다 많은 구성들을 가지거나, 또는 그보다 적은 구성들을 가지는 것으로 구현될 수 있다.In various embodiments of the present invention, since the configurations shown in FIG. 1 are not essential, the laser-based fluorescence detection apparatus 100 has more or less configurations than the configurations shown in FIG. 1. Can be.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전원/광원 장치(110)의 기능적 구성을 도시한 도면이다. 도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 전원/광원 장치(110)의 평면도를 도시한 도면이다. 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전원/광원 장치(110)의 정면도를 도시한 도면이다.3 is a diagram showing a functional configuration of a power/light source device 110 according to an embodiment of the present invention. 4A is a view showing a plan view of a power/light source device 110 according to an embodiment of the present invention. 4B is a view showing a front view of the power/light source device 110 according to an embodiment of the present invention.

도 3, 도 4a 및 4b를 참고하면, 전원/광원 장치(110)는 전원공급모듈(301), 냉각팬(303), 온도조절기(305), 레이저 드라이버(307), 펠티에소자/서미스터(309), 레이저 다이오드(311), 전원연결단자(313), 광학장치 커넥터(315), 로크인 증폭기(317), 광섬유 커플러(319), 전류계(321), 가변저항(323), 주전원 스위치(325) 및 레이저전원 스위치(327)를 포함할 수 있다.3, 4A and 4B, the power/light source device 110 includes a power supply module 301, a cooling fan 303, a temperature controller 305, a laser driver 307, a Peltier element/thermistor 309. ), laser diode 311, power connection terminal 313, optical device connector 315, lock-in amplifier 317, optical fiber coupler 319, ammeter 321, variable resistor 323, main power switch 325 ) And a laser power switch 327.

전원공급모듈(301)은 전원/광원 장치(110) 및 광학 장치(120)에 전원을 공급할 수 있다. 일 실시예에서, 전원공급모듈(301)에 포함된 시스템 전원(301-1) 및 레이저 전원(301-2)은 주전원 스위치(325) 및 레이저전원 스위치(327)가 ON됨에 따라 전원/광원 장치(110)에 전원을 공급할 수 있다. 일 실시예에서, 전원공급모듈(301)은 주전원 스위치(325)가 ON됨에 따라 광학장치 커넥터(315)를 통해 광학장치(120)에게 전원을 공급할 수 있다. 전원연결단자(313)는 전원/광원 장치(110)의 구성들 사이에 연결되어 전원 공급 경로를 제공할 수 있다.The power supply module 301 may supply power to the power/light source device 110 and the optical device 120. In one embodiment, the system power supply 301-1 and the laser power supply 301-2 included in the power supply module 301 are powered/light source devices as the main power switch 325 and the laser power switch 327 are turned on. Power can be supplied to (110). In one embodiment, the power supply module 301 may supply power to the optical device 120 through the optical device connector 315 as the main power switch 325 is turned on. The power connection terminal 313 may be connected between components of the power/light source device 110 to provide a power supply path.

레이저 다이오드(311)는 표적물질의 여기 및 형광 파장에 따라 결정된 파장을 갖는 레이저광을 출력할 수 있다. 본 발명의 경우, 고체 레이저(solid state laser) 및 QC(quantum cascade) 레이저와 같은 고가의 레이저가 광원으로 사용되지 않고, 상대적으로 비용이 저렴한 레이저 다이오드(311)가 광원으로 사용되기 때문에 광원의 구매 비용이 절감되고, 레이저 다이오드(311)는 상대적으로 크기가 작고 무게가 가볍기 때문에 광원 설치를 위한 설치 공간 및 광원의 무게가 감소될 수 있다. 일 실시예에서, 레이저 다이오드(311)는 광섬유 커플러(319)와 연결된 광섬유를 통해 광학 장치(120)의 여기광 광학모듈에게 레이저광을 전달할 수 있다. The laser diode 311 may output laser light having a wavelength determined according to excitation and fluorescence wavelengths of the target material. In the case of the present invention, an expensive laser such as a solid state laser and a quantum cascade (QC) laser is not used as a light source, and a relatively inexpensive laser diode 311 is used as a light source, so the purchase of a light source Cost is reduced, and since the laser diode 311 is relatively small in size and light in weight, the installation space for installing the light source and the weight of the light source may be reduced. In one embodiment, the laser diode 311 may transmit the laser light to the excitation light optical module of the optical device 120 through an optical fiber connected to the optical fiber coupler 319.

레이저 드라이버(307)는 전원공급모듈(301)로부터 발생된 전원을 레이저 다이오드(311)를 전달할 수 있다. 레이저 드라이버(307)는 레이저 다이오드(311)가 안정적으로 구동되도록 레이저 다이오드(311)의 출력을 제어할 수 있다. 예를 들어, 레이저 드라이버(307)는 레이저 다이오드(311)를 제어하여 정전기, 과도온도 및 과도전류에 의한 레이저 다이오드(311)의 회로 손상을 차단할 수 있다. 일 실시예에서, 레이저 드라이버(307)에 로크인 증폭기(130)의 TTL 신호가 전달되는 경우, 레이저 다이오드(311)는 펄스 모드로 동작할 수 있다. 반면, 레이저 드라이버(307)에 로크인 증폭기(130)의 TTL 신호가 전달되지 않는 경우, 레이저 다이오드(311)는 연속 모드로 동작할 수 있다. The laser driver 307 may transmit power generated from the power supply module 301 to the laser diode 311. The laser driver 307 may control the output of the laser diode 311 so that the laser diode 311 is stably driven. For example, the laser driver 307 may control the laser diode 311 to prevent circuit damage to the laser diode 311 due to static electricity, transient temperature, and transient current. In one embodiment, when the TTL signal of the lock-in amplifier 130 is transmitted to the laser driver 307, the laser diode 311 may operate in a pulse mode. On the other hand, when the TTL signal of the lock-in amplifier 130 is not transmitted to the laser driver 307, the laser diode 311 may operate in a continuous mode.

이와 같이, 전원/광원 장치(110)에는 전원공급모듈(301)뿐만 아니라, 레이저 다이오드(311)가 통합 설계되어 있기 때문에, 레이저 다이오드(311)의 사후 관리에 있어서 레이저 다이오드(311)의 수리 및 교체가 용이하다. 또한, 만약 레이저 다이오드(311)가 광학 장치(120)에 통합 설계되어 있는 경우, 레이저 다이오드(311)만을 수리 및 교체하더라도 광학 장치(120)에 영향을 미쳐 광학 장치(120)를 다시 재조정해야하는 문제와 광학 장치(120)에 허용된 무게 및 부피를 초과하는 문제가 발생하는데, 본 발명과 같이 레이저 다이오드(311)가 전원공급모듈(301)과 통합 설계되는 경우 상술한 문제들이 발생하지 않는다. In this way, since the power supply module 301 as well as the laser diode 311 are integrated in the power supply/light source device 110, the laser diode 311 can be repaired and repaired in the post management of the laser diode 311. Easy to replace. In addition, if the laser diode 311 is integrated into the optical device 120, even if only the laser diode 311 is repaired and replaced, it affects the optical device 120 and requires readjustment of the optical device 120 again. There occurs a problem of exceeding the weight and volume allowed for the optical device 120 and the above-described problems do not occur when the laser diode 311 is designed to be integrated with the power supply module 301 as in the present invention.

광학장치 커넥터(315)는 케이블을 통해 전원/광원 장치(110)와 광학 장치(120)를 연결시킬 수 있다. 일 실시예에서, 광학장치 커넥터의 1/2핀(315-1)은 광학 장치(120)로 전원을 공급하기 위해 이용될 수 있다. 또한, 광학장치 커넥터의 3/4핀(315-2)은 광학 장치(120)로부터 전원/광원 장치(110)에게 검출 신호를 전달하기 위해 이용될 수 있다. 광섬유 커플러(319)는 광섬유를 통해 전원/광원 장치(110)와 광학 장치(120)를 연결시킬 수 있다.The optical device connector 315 may connect the power/light source device 110 and the optical device 120 through a cable. In one embodiment, the 1/2 pin 315-1 of the optical device connector may be used to supply power to the optical device 120. Also, the 3/4 pin 315-2 of the optical device connector may be used to transmit a detection signal from the optical device 120 to the power/light source device 110. The optical fiber coupler 319 may connect the power/light source device 110 and the optical device 120 through an optical fiber.

로크인증폭기 커넥터(317)는 전원/광원 장치(110)와 로크인 증폭기(130)를 연결시킬 수 있다. 이 경우, 전원/광원 장치(110)가 광학 장치(120)로부터 전달받은 검출 신호가 로크인증폭기 커넥터(317)를 통해 로크인 증폭기(130)에게 전달될 수 있다. The lock authentication aeration connector 317 may connect the power/light source device 110 and the lock-in amplifier 130. In this case, the detection signal transmitted from the optical device 120 by the power/light source device 110 may be transmitted to the lock-in amplifier 130 through the lock authentication aerator connector 317.

전류계(321)는 가변저항(323)의 조절되는 저항값에 따라 레이저 다이오드(311)로 공급되는 전류를 측정할 수 있다. 냉각팬(303)은 전원/광원 장치(110)의 열을 식히는 역할을 할 수 있다. 펠티에소자/서미스터(309)는 온도조절기(305)의 제어에 의해 레이저 다이오드(311)의 온도를 조절할 수 있다.The ammeter 321 may measure the current supplied to the laser diode 311 according to the controlled resistance value of the variable resistor 323. The cooling fan 303 may serve to cool the heat of the power/light source device 110. The Peltier element/thermistor 309 may control the temperature of the laser diode 311 by controlling the temperature controller 305.

일 실시예에서, 레이저 다이오드(311)가 연속 모드로 동작하는 경우, 광섬유 커플러(319)가 광섬유와 연결되고, 가변저항(323)이 최소 저항으로 조절, 즉, 가변저항(323)의 노브가 반시계방향으로 끝까지 회전된 후, 주전원 스위치(325)가 ON되고, 레이저전원 스위치(327)가 차례로 ON될 수 있다. 이후, 가변저항(323)의 노브가 시계방향으로 회전되어 레이저 다이오드(311)로 흐르는 전류가 조절될 수 있다. 이 경우, 가변저항(323)과 레이저 다이오드(311)는 병렬 연결되어 있을 수 있다. In one embodiment, when the laser diode 311 operates in the continuous mode, the optical fiber coupler 319 is connected to the optical fiber, and the variable resistor 323 is adjusted to the minimum resistance, that is, the knob of the variable resistor 323 is After rotating to the end in the counterclockwise direction, the main power switch 325 is turned on, and the laser power switch 327 may be turned on in turn. Thereafter, the knob of the variable resistor 323 is rotated clockwise so that the current flowing through the laser diode 311 may be adjusted. In this case, the variable resistor 323 and the laser diode 311 may be connected in parallel.

일 실시예에서, 레이저 다이오드(311)가 펄스 모드로 동작하는 경우, 광섬유 커플러(319)가 광섬유와 연결될 수 있다. 이후, 로크인 증폭기(130)의 TTL 출력 단자와 로크인증폭기 커넥터(317)가 연결되고, 로크인 증폭기(130)의 TTL 주파수가 설정되어, 로크인 증폭기(130)와 레이저 다이오드(311)가 동기화될 수 있다. 이후, 가변저항(323)이 최소 저항으로 조절, 즉, 가변저항(323)의 노브가 반시계방향으로 끝까지 회전된 후, 주전원 스위치(325)가 ON되고, 레이저전원 스위치(327)가 차례로 ON될 수 있다. 이후, 가변저항(323)의 노브가 시계방향으로 회전되어 레이저 다이오드(311)로 흐르는 전류가 조절될 수 있다. 이 경우, 가변저항(323)과 레이저 다이오드(311)는 병렬 연결되어 있을 수 있다.In one embodiment, when the laser diode 311 operates in a pulse mode, the optical fiber coupler 319 may be connected to the optical fiber. Thereafter, the TTL output terminal of the lock-in amplifier 130 and the lock authentication aerator connector 317 are connected, and the TTL frequency of the lock-in amplifier 130 is set, so that the lock-in amplifier 130 and the laser diode 311 are Can be synchronized. Thereafter, the variable resistor 323 is adjusted to the minimum resistance, that is, after the knob of the variable resistor 323 is completely rotated counterclockwise, the main power switch 325 is turned on, and the laser power switch 327 is turned on in turn. Can be. Thereafter, the knob of the variable resistor 323 is rotated clockwise so that the current flowing through the laser diode 311 may be adjusted. In this case, the variable resistor 323 and the laser diode 311 may be connected in parallel.

일 실시예에서, 전원/광원 장치(110)는 알루미늄 재질의 552x312x155(폭x너비x높이)mm 크기의 하우징에 수용될 수 있다.In one embodiment, the power/light source device 110 may be accommodated in a housing having a size of 552x312x155 (width x width x height) mm made of aluminum.

본 발명의 다양한 실시 예들에서 전원/광원 장치(110)는 도 3, 도 4a 및 4b에 도시된 구성들이 필수적인 것은 아니어서, 도 3, 도 4a 및 4b에 도시된 구성들보다 많은 구성들을 가지거나, 또는 그보다 적은 구성들을 가지는 것으로 구현될 수 있다.In various embodiments of the present invention, the power/light source device 110 has more configurations than the configurations illustrated in FIGS. 3, 4A and 4B because the configurations shown in FIGS. 3, 4A and 4B are not essential. , Or may be implemented with fewer configurations.

도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 커플러(319)의 측면도를 도시한 도면이다. 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 커플러(319)의 사시도를 도시한 도면이다.5A is a view showing a side view of an optical fiber coupler 319 according to an embodiment of the present invention. 5B is a view showing a perspective view of an optical fiber coupler 319 according to an embodiment of the present invention.

도 5a 및 5b를 참고하면, 광섬유 커플러(319)는 광섬유 커넥터(501), 렌즈(503) 및 렌즈 마운트(505)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 광섬유 커플러(319)는 광섬유의 코어 사이즈 및 개수구(numerical aperture)에 기반하여 결정될 수 있다. 일 실시예에서, 광섬유 커플러(319)는 일측으로 레이저 다이오드(311)로부터 발생된 레이저광을 입력받고, 광얼라이먼트에 기반하여 입력받은 레이저광을 원형으로 형성하며, 원형의 레이저광을 타측으로 출력할 수 있다. 즉, 광섬유 커플러(391)는 광섬유를 통해 광학 장치(120)의 여기광 광학모듈에게 원형의 레이저광을 전달할 수 있다. 5A and 5B, the optical fiber coupler 319 may include an optical fiber connector 501, a lens 503, and a lens mount 505. In one embodiment, the optical fiber coupler 319 may be determined based on the core size and numerical aperture of the optical fiber. In one embodiment, the optical fiber coupler 319 receives the laser light generated from the laser diode 311 to one side, forms the input laser light into a circle based on optical alignment, and outputs the circular laser light to the other side. can do. That is, the optical fiber coupler 391 may transmit circular laser light to the excitation optical module of the optical device 120 through the optical fiber.

일 실시예에서, 도 6a를 참고하면, 광섬유 커넥터(501)는 광섬유 커넥터(501)에 포함된 3축 조정나사를 조절하여 광섬유 커플러(319)에 전달되는 레이저광의 입사각을 조절함으로써, 입력받은 레이저광을 원형으로 형성할 수 있다. In one embodiment, referring to FIG. 6A, the optical fiber connector 501 adjusts the three-axis adjustment screw included in the optical fiber connector 501 to adjust the incident angle of the laser light transmitted to the optical fiber coupler 319, Light can be formed in a circular shape.

또한, 원형의 레이저광은 광섬유 커플러(319)와 레이저 다이오드(311) 간 거리에 기반하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 거리는 렌즈 마운트(505)와 레이저 다이오드(311) 간 거리(a)를 포함할 수 있다. 다른 예를 들어, 상기 거리는 렌즈(503)와 레이저 다이오드(311) 간 거리(b)를 포함할 수 있다. 또 다른 예를 들어, 상기 거리는 광섬유 커넥터(501)와 레이저 다이오드(311) 간 거리(c)를 포함할 수 있다. In addition, the circular laser light may be formed based on the distance between the optical fiber coupler 319 and the laser diode 311. For example, the distance may include a distance (a) between the lens mount 505 and the laser diode 311. For another example, the distance may include a distance b between the lens 503 and the laser diode 311. For another example, the distance may include a distance c between the optical fiber connector 501 and the laser diode 311.

이와 같이, 본 발명의 경우, 광얼라이먼트에 의해 레이저광의 형태가 원형으로 출력됨에 따라 레이저광의 광집적도 및 광밀도를 향상시킬 수 있다. 반면, 도 6b를 참고하면, 종래 기술의 경우, 상술한 바와 같은 광얼라인먼트가 수행되지 않기 때문에, 레이저광의 형태가 리본형 또는 타원형으로 출력된다.As described above, in the case of the present invention, since the shape of the laser light is output in a circular shape by optical alignment, the optical intensity and the optical density of the laser light can be improved. On the other hand, referring to FIG. 6B, in the case of the prior art, since the optical alignment as described above is not performed, the shape of the laser light is output in a ribbon shape or an elliptical shape.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 여기광 광학모듈(700)의 기능적 구성을 도시한 도면이다.7 is a diagram showing a functional configuration of an excitation light optical module 700 according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참고하면, 광학 장치(120)에 포함된 여기광 광학모듈(700)은 제1 렌즈(701) 내지 제5 렌즈(709), 밴드 패스 필터(711) 및 전반사 거울(713)을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 7, the excitation light optical module 700 included in the optical device 120 includes a first lens 701 to a fifth lens 709, a band pass filter 711, and a total reflection mirror 713. can do.

제1 렌즈(701) 내지 제5 렌즈(705)는 광섬유 커플러(319)를 통해 레이저 다이오드(311)로부터 전달받은 레이저광을 굴절, 즉, 모으거나 분산시킬 수 있다. 일 실시예에서, 제1 렌즈(701) 내지 제5 렌즈(705) 각각의 초점거리 및 직경은 서로 상이할 수 있다. The first to fifth lenses 701 to 705 may refract, that is, collect or disperse laser light transmitted from the laser diode 311 through the optical fiber coupler 319. In an embodiment, the focal length and diameter of each of the first to fifth lenses 701 to 705 may be different from each other.

광필터(711)는 레이저 다이오드(311)로부터 전달받은 레이저광에서 미리 설정된 파장을 갖는 여기광만을 통과시킬 수 있다. 예를 들어, 도 9a를 참고하면, 광필터(711)는 밴드 패스 필터로 동작할 수 있다.The optical filter 711 may pass only excitation light having a preset wavelength from the laser light transmitted from the laser diode 311. For example, referring to FIG. 9A, the optical filter 711 may operate as a band pass filter.

전반사 거울(713)은 여기광을 반사시킬 수 있다. 일 실시예에서, 전반사 거울(713)은 여기광을 전반사시킴으로써 여기광의 진행 경로를 90도 변경시킬 수 있다. 예를 들어, 전반사 거울(713)은 타원형의 형태를 가질 수 있다. The total reflection mirror 713 may reflect the excitation light. In an embodiment, the total reflection mirror 713 may change the traveling path of the excitation light by 90 degrees by totally reflecting the excitation light. For example, the total reflection mirror 713 may have an elliptical shape.

본 발명의 다양한 실시 예들에서 여기광 광학모듈(700)은 도 7에 도시된 구성들이 필수적인 것은 아니어서, 도 7에 도시된 구성들보다 많은 구성들을 가지거나, 또는 그보다 적은 구성들을 가지는 것으로 구현될 수 있다.In various embodiments of the present invention, the excitation optical module 700 may be implemented as having more or fewer configurations than the configurations illustrated in FIG. 7 since the configurations shown in FIG. 7 are not essential. I can.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 검출광 광학모듈(800)의 기능적 구성을 도시한 도면이다.8 is a diagram showing a functional configuration of the optical detection module 800 according to an embodiment of the present invention.

도 8을 참고하면, 광학 장치(120)에 포함된 검출광 광학모듈(800)은 줌렌즈(801), 제1 조리개(803), 2색성 거울(805), 렌즈(807), 밴드 패스 필터(809), 제2 조리개(811), 접사 렌즈(813) 및 광센서(815)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 8, the optical detection module 800 included in the optical device 120 includes a zoom lens 801, a first aperture 803, a dichroic mirror 805, a lens 807, and a band pass filter ( 809, a second aperture 811, a macro lens 813, and an optical sensor 815 may be included.

줌렌즈(801)는 주변광을 포함하는 표적물질로부터 발생된 형광을 집광할 수 있다. 일 실시예에서, 도 10을 참고하면, 줌렌즈(1000)는 적어도 하나의 단일 렌즈의 조합으로 구성될 수 있으며, 굴절망원경으로 구현될 수 있다. 이 경우, 굴절망원경은 반사망원경에 비해서 빛을 많이 모을 수 있고, 굴절반사망원경에 비해서 유지보수가 용이하기 때문에, 줌렌즈(1000)는 굴절망원경으로 구현될 수 있다.The zoom lens 801 may focus fluorescence generated from a target material including ambient light. In one embodiment, referring to FIG. 10, the zoom lens 1000 may be configured as a combination of at least one single lens, and may be implemented as a refracting telescope. In this case, the refracting telescope can collect more light than the reflective telescope, and since maintenance is easier than that of the refracting telescope, the zoom lens 1000 may be implemented as a refracting telescope.

제1 조리개(803) 및 제2 조리개(811)는 제1 조리개(803) 및 제2 조리개(811)의 직경을 변경함으로써 형광의 양을 조절하여 형광에 포함된 주변광의 양을 감소시킬 수 있다. 즉, 제1 조리개(803) 및 제2 조리개(811)는 형광 검출 시 노이즈를 감소시킬 수 있다. 일 실시예에서, 제1 조리개(803)는 줌렌즈(801)의 초점거리의 일정 거리 전방에 설치되어 1차적으로 주변광을 차단하고, 제2 조리개(811)는 제1 조리개(803)로부터 일정 거리 후방에 설치되어 2차적으로 주변광을 차단할 수 있다.The first and second apertures 803 and 811 may reduce the amount of ambient light included in the fluorescence by adjusting the amount of fluorescence by changing the diameters of the first and second apertures 803 and 811. . That is, the first stop 803 and the second stop 811 may reduce noise when fluorescence is detected. In one embodiment, the first aperture 803 is installed at a predetermined distance in front of the focal length of the zoom lens 801 to primarily block ambient light, and the second aperture 811 is constant from the first aperture 803 It is installed at the rear of the street and can block ambient light secondary.

2색성 거울(805)은 광필터로 동작할 수 있다. 일 실시예에서, 도 9b를 참고하면, 2색성 거울(805)는 하이 패스 필터로 동작할 수 있다. The dichroic mirror 805 may operate as an optical filter. In one embodiment, referring to FIG. 9B, the dichroic mirror 805 may operate as a high pass filter.

광필터(809)는 2색성 거울(805)를 통해 필터링된 형광에서 미리 설정된 파장을 갖는 검출광만을 통과시킬 수 있다. 예를 들어, 도 9c를 참고하면, 광필터(809)는 밴드 패스 필터로 동작할 수 있다.The optical filter 809 may pass only detection light having a preset wavelength from the fluorescence filtered through the dichroic mirror 805. For example, referring to FIG. 9C, the optical filter 809 may operate as a band pass filter.

렌즈(807) 및 접사 렌즈(813)는 필터링된 형광을 굴절, 즉, 모으거나 분산시킬 수 있다. 광센서(815)는 검출광으로부터 표적물질에서 발생된 형광 신호를 검출할 수 있다.The lens 807 and the macro lens 813 may refract, that is, collect or disperse the filtered fluorescence. The optical sensor 815 may detect a fluorescence signal generated from the target material from the detection light.

본 발명의 다양한 실시 예들에서 검출광 광학모듈(800)은 도 8에 도시된 구성들이 필수적인 것은 아니어서, 도 8에 도시된 구성들보다 많은 구성들을 가지거나, 또는 그보다 적은 구성들을 가지는 것으로 구현될 수 있다.In various embodiments of the present invention, the optical detection module 800 is not essential to the configurations illustrated in FIG. 8, and thus may be implemented as having more or less configurations than those illustrated in FIG. 8. I can.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 장치(120)를 도시한 도면이다.11 is a diagram illustrating an optical device 120 according to an embodiment of the present invention.

도 11을 참고하면, 광학 장치(120)의 여기광 광학모듈(700)과 검출광 광학모듈(800)은 하우징(1100)에 통합 수용될 수 있다. Referring to FIG. 11, the excitation light optical module 700 and the detection light optical module 800 of the optical device 120 may be integrally accommodated in the housing 1100.

이 경우, 여기광 광학모듈(700)의 광축과 검출광 광학모듈(800)의 광축은 일정 거리 이격되어 배치되고, 두 광축들은 평행하게 배열될 수 있다. 이를 통해, 여기광 광학모듈(700)과 검출광 광학모듈(800) 상호 간에 광간섭 현상이 발생하지 않기 때문에, 효과적으로 여기광 광학모듈(700)의 기능, 즉, 여기광을 조사하고 검출광 광학모듈(800)의 기능, 즉, 검출광을 검출할 수 있다.In this case, the optical axis of the excitation optical module 700 and the optical axis of the detection optical module 800 are arranged to be spaced apart by a predetermined distance, and the two optical axes may be arranged in parallel. Through this, since the optical interference phenomenon does not occur between the excitation optical module 700 and the detection optical module 800, the function of the excitation optical module 700, that is, the excitation light is irradiated and the detection optical optical module is A function of the module 800, that is, detection light may be detected.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 전원/광원 장치(110)와 광학 장치(120) 간 연동을 도시한 도면이다.12 is a diagram illustrating interworking between the power/light source device 110 and the optical device 120 according to an embodiment of the present invention.

도 12를 참고하면, 전원/광원 장치(110)는 광섬유(1201)와 케이블(1203)을 통해 광학 장치(120)와 연결될 수 있다. 이 경우, 전원/광원 장치(110)의 레이저 다이오드(311)에서 발생된 레이저광은 광섬유(1201)를 통해 광학 장치(120)에게 전달될 수 있다. Referring to FIG. 12, the power/light source device 110 may be connected to the optical device 120 through an optical fiber 1201 and a cable 1203. In this case, the laser light generated from the laser diode 311 of the power/light source device 110 may be transmitted to the optical device 120 through the optical fiber 1201.

전원/광원 장치(110)의 전원공급모듈(301)에서 공급하는 전원이 케이블(1203)을 통해 광학 장치(120)에게 전달될 수 있다. 또한, 광학 장치(120)가 검출한 검출 신호는 케이블(1203)을 통해 전원/광원 장치(110)에게 전달될 수 있다. Power supplied from the power supply module 301 of the power/light source device 110 may be transmitted to the optical device 120 through the cable 1203. In addition, the detection signal detected by the optical device 120 may be transmitted to the power/light source device 110 through the cable 1203.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 표적물질의 농도에 따른 형광 신호의 검출 그래프를 도시한 도면이다.13 is a diagram illustrating a detection graph of a fluorescence signal according to a concentration of a target substance according to an embodiment of the present invention.

도 13을 참고하면, 레이저 기반 형광 검출 장치(100)와 표적물질 사이의 거리(이하, 측정 거리라고 지칭함)를 고정시킨 후, 상기 고정된 측정 거리에서 표적물질의 농도 및 여기광의 세기에 따른 표적물질의 형광 세기가 측정될 수 있다. 이 경우, 표적 물질의 농도가 높고, 여기광의 세기가 강할수록 표적물질의 형광 세기가 증가함을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 13, after fixing a distance (hereinafter referred to as a measurement distance) between the laser-based fluorescence detection device 100 and a target material, the target according to the concentration of the target material and the intensity of excitation light at the fixed measurement distance The fluorescence intensity of the material can be measured. In this case, it can be seen that the higher the concentration of the target substance and the stronger the excitation light intensity, the higher the fluorescence intensity of the target substance.

예를 들어, 측정 거리가 10m이고 여기광의 세기가 0.25W로 설정된 상황에서, 증류수를 용매로 하여 10^-7 및 10^-8M 농도의 표적물질에 대하여 각각 형광 세기를 측정하는 경우, 농도가 높을수록 형광 세기가 증가함을 확인할 수 있다. 일 실시예에서, 형광 세기는 표적물질의 형광 신호의 값과 증류수의 형광 신호의 값의 차(difference)를 의미할 수 있다.For example, in a situation where the measurement distance is 10m and the intensity of excitation light is set to 0.25W, when the fluorescence intensity is measured for each target substance of 10 ^-7 and 10 ^-8 M concentration using distilled water as a solvent, the concentration will be high. It can be seen that as the fluorescence intensity increases. In an embodiment, the fluorescence intensity may mean a difference between a value of a fluorescence signal of a target material and a value of a fluorescence signal of distilled water.

다른 예를 들어, 측정 거리가 10m이고 표적물질의 농도가 10^-8M인 상황에서, 여기광의 세기를 0.25 및 0.86W로 하여 각각 형광 세기를 측정하는 경우, 여기광의 세기가 증가할수록 형광 세기가 증가함을 확인할 수 있다. For another example, in a situation where the measurement distance is 10 m and the concentration of the target material is 10 ^-8 M, when the fluorescence intensity is measured with the excitation light intensity as 0.25 and 0.86 W, respectively, the fluorescence intensity increases as the intensity of the excitation light increases. It can be seen that it increases.

도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 탐지 거리에 따른 형광 신호의 검출 그래프를 도시한 도면이다.14 is a diagram illustrating a detection graph of a fluorescence signal according to a detection distance according to an embodiment of the present invention.

도 14를 참고하면, 여기광의 세기와 표적물질의 농도를 고정시킨 후, 측정 거리에 따른 표적물질의 형광 세기가 측정될 수 있다. 이 경우, 측정 거리가 감소할수록 표적물질의 형광 세기가 증가함을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 14, after fixing the excitation light intensity and the concentration of the target material, the fluorescence intensity of the target material according to the measurement distance may be measured. In this case, it can be seen that the fluorescence intensity of the target material increases as the measurement distance decreases.

예를 들어, 표적물질의 농도가 10^-8M이고 여기광의 세기가 1.57W로 설정된 상황에서, 측정 거리 20m와 30m에 대하여 각각 형광 세기를 측정하는 경우, 측정 거리가 감소할수록 형광 세기가 증가함을 확인할 수 있다. For example, when the concentration of the target substance is 10 ^-8 M and the intensity of excitation light is set to 1.57W, the fluorescence intensity increases as the measurement distance decreases when the fluorescence intensity is measured for each of 20m and 30m. can confirm.

이 경우, 측정된 형광 세기의 변화를 선형 피팅(linear fitting)하는 경우, 기울기가

3.50

임을 확인할 수 있다. 이는, 형광 세기가 측정 거리의 제곱에 반비례하고, 도 15를 참고할 때, 여기광이 전파(진행)하면서 여기광의 지름이 증가함에 따라 광밀도가 감소하기 때문이다. 즉, 두 가지 인자들, 즉, 측정 거리의 제곱에 반비례로부터의 인자(예:“2”)와 측정 거리에 따른 광밀도 기울기로부터의 인자(예:“1.79”)의 곱으로, 상기 형광 세기의 변화 기울기가 계산될 수 있다.In this case, when linear fitting the change in the measured fluorescence intensity, the slope is

3.50

Can be confirmed. This is because the fluorescence intensity is inversely proportional to the square of the measurement distance, and referring to FIG. 15, the optical density decreases as the diameter of the excitation light increases as the excitation light propagates (progresses). That is, as a product of two factors, that is, a factor from the inverse proportion to the square of the measurement distance (eg “2”) and a factor from the optical density gradient according to the measurement distance (eg “1.79”), the fluorescence intensity The slope of change of can be calculated.

본 발명의 다양한 실시예들에 따른 레이저 기반 형광 검출 장치는 다양한 응용분야에 적용될 수 있다. The laser-based fluorescence detection apparatus according to various embodiments of the present invention can be applied to various applications.

우선, 일 실시예에서, 본 발명의 레이저 기반 형광 검출 장치는 지뢰 또는 폭발물이 표적물질로 선정되는 경우, 지뢰 또는 폭발물의 파장에 따라 여기광 및 검출광을 선정하여 지뢰 또는 폭발물 탐지로 응용이 가능하고, 미세조류(예: 녹조, 적조)가 표적물질로 선정되는 경우, 미세조류의 파장에 따라 여기광 및 검출광을 선정하여 미세조류 탐지로 응용이 가능할 수 있다. First, in one embodiment, when a landmine or explosive is selected as a target material, the laser-based fluorescence detection device of the present invention can be applied to detect landmines or explosives by selecting excitation light and detection light according to the wavelength of the mine or explosive. In addition, when microalgae (eg, green algae, red tide) is selected as a target material, excitation light and detection light may be selected according to the wavelength of the microalgae to be applied as microalgae detection.

또한, 본 발명의 레이저 기반 형광 검출 장치는 원형의 레이저광을 출력하여 레이저광의 광집적도 및 광밀도를 향상시킬 수 있기 때문에, 원거리에 위치하는 표적물질의 탐지에도 적용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 레이저 기반 형광 검출 장치는 30m의 측정 거리에서 표적물질의 형광을 검출할 수 있다.In addition, since the laser-based fluorescence detection apparatus of the present invention can improve the optical intensity and optical density of the laser beam by outputting a circular laser beam, it can be applied to detection of a target material located at a distance. For example, the laser-based fluorescence detection apparatus of the present invention may detect fluorescence of a target material at a measurement distance of 30 m.

이상의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 통상의 기술자라면 본 발명의 본질적인 특성이 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes and modifications may be made to those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention.

따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라, 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예들에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.Accordingly, the embodiments disclosed in the present specification are not intended to limit the technical spirit of the present invention, but are intended to be described, and the scope of the present invention is not limited by these embodiments.

본 발명의 보호범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.The scope of protection of the present invention should be interpreted by the claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be understood as being included in the scope of the present invention.

100: 레이저 기반 형광 검출 장치
110: 전원/광원 장치
120: 광학 장치
130: 로크인 증폭기
140: 오실로스코프
150: 멀티미터
160: DAQ
301: 전원공급모듈
301-1: 시스템 전원
303-2: 레이저 전원
303: 냉각팬
305: 온도조절기
307: 레이저 드라이버
309: 펠티에소자/서미스터
311: 레이저 다이오드
313: 전원연결단자
315: 광학장치 커넥터
315-1: 광학장치 커넥터의 1/2핀
315-2: 광학장치 커넥터의 3/4핀
317: 로크인 증폭기
319: 광섬유 커플러
321: 전류계
323: 가변저항
325: 주전원 스위치
327: 레이저전원 스위치
501: 광섬유 커넥터
503: 렌즈
505: 렌즈 마운트
700: 여기광 광학모듈
701: 제1 렌즈
703: 제2 렌즈
705: 제3 렌즈
707: 제4 렌즈
709: 제5 렌즈
711: 광필터
713: 전반사 거울
800: 검출광 광학모듈
801: 줌렌즈
803: 제1 조리개
805: 2색성 거울
807: 렌즈
809: 광필터
811: 제2 조리개
813: 접사 렌즈
815: 광센서
1000: 줌렌즈
1100: 하우징
1201: 광섬유
1203: 케이블100: laser-based fluorescence detection device
110: power/light source device
120: optical device
130: lock-in amplifier
140: oscilloscope
150: multimeter
160: DAQ
301: power supply module
301-1: system power
303-2: laser power
303: cooling fan
305: thermostat
307: laser driver
309: Peltier element/thermistor
311: laser diode
313: power connection terminal
315: optics connector
315-1: 1/2 pin of optics connector
315-2: 3/4 pin of optics connector
317: lock-in amplifier
319: fiber optic coupler
321: ammeter
323: variable resistor
325: main power switch
327: laser power switch
501: fiber optic connector
503: lens
505: lens mount
700: excitation optical module
701: first lens
703: second lens
705: third lens
707: fourth lens
709: fifth lens
711: optical filter
713: total reflection mirror
800: detection optical optical module
801: zoom lens
803: first aperture
805: dichroic mirror
807: lens
809: optical filter
811: second aperture
813: macro lens
815: optical sensor
1000: zoom lens
1100: housing
1201: optical fiber
1203: cable

Claims

A power supply module, a laser diode that receives power from the power supply module and generates laser light, and the generated laser light are input to one side, and the received laser light is formed in a circular shape based on optical alignment, and the circular shape A power source and a light source unit including an optical fiber coupler that outputs the laser light of the other side; And
An optical unit including an excitation light optical module that irradiates the output laser light onto a target material and a detection light optical module that detects detection light generated from the target material by the irradiated laser light;
Including,
The circular laser light is formed based on the distance between the laser diode and the optical fiber coupler,
When the laser diode is operated in a pulse mode in which the laser light is output in an on-off form, a fluorescent signal is rectified and amplified from the detected detection light,
When the laser diode operates in a continuous mode in which the laser light is constantly output, waveforms of voltage and current of the detection light are measured,
Laser-based fluorescence detection device.

The method of claim 1,
The optical fiber coupler,
Forming the received laser light in a circular shape by adjusting the three-axis adjustment screw included in the optical fiber coupler,
Laser-based fluorescence detection device.

The method of claim 2,
According to the adjustment of the three-axis adjustment screw, the incident angle of the generated laser light transmitted to the optical fiber coupler is adjusted,
Laser-based fluorescence detection device.

delete

The method of claim 1,
A laser driver for transmitting the power to the laser diode;
Further comprising,
Laser-based fluorescence detection device.

The method of claim 1,
The optical detection module comprises a stop and an optical filter,
Laser-based fluorescence detection device.

The method of claim 1,
The excitation optical module and the detection optical optical module are arranged to be spaced apart,
The optical axis of the excitation optical module and the optical axis of the detection optical module are arranged in parallel,
Laser-based fluorescence detection device.

The method of claim 1,
The laser diode and the power supply module are accommodated in the first housing,
The excitation optical module and the detection optical optical module are accommodated in a second housing,
Laser-based fluorescence detection device.

The method of claim 8,
An optical device connector connecting the first housing and the second housing;
Including more,
The optical device connector, for transmitting the power and the fluorescent signal,
Laser-based fluorescence detection device.